基于耦合模型的贛江水源保護(hù)區(qū)城市發(fā)展與水資源環(huán)境關(guān)系研究

呂添貴, 吳次芳, 李 冠, 沈孝強(qiáng)

(浙江大學(xué) 公共管理學(xué)院, 杭州 310029)

基于耦合模型的贛江水源保護(hù)區(qū)城市發(fā)展與水資源環(huán)境關(guān)系研究

呂添貴, 吳次芳, 李 冠, 沈孝強(qiáng)

(浙江大學(xué) 公共管理學(xué)院, 杭州 310029)

識(shí)別和評(píng)價(jià)流域水源保護(hù)區(qū)城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合狀態(tài)，可為促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供參考。本研究以贛江上游水源保護(hù)區(qū)為例，通過(guò)構(gòu)建耦合度模型對(duì)2001—2011年贛江上游流域城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出了相應(yīng)優(yōu)化路徑。結(jié)果表明：(1) 研究期內(nèi)贛江水源保護(hù)區(qū)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展指數(shù)與水資源環(huán)境指數(shù)呈同步上升趨勢(shì)，基本處于協(xié)調(diào)狀態(tài)；(2) 城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境系統(tǒng)呈現(xiàn)出交互耦合狀態(tài)，具有波動(dòng)向前發(fā)展趨勢(shì)，整體上經(jīng)歷了拮抗階段和磨合階段2個(gè)階段；(3) 研究期內(nèi)耦合度變化明顯，由低度協(xié)調(diào)共生階段向協(xié)調(diào)發(fā)展階段轉(zhuǎn)變，具有明顯后發(fā)優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合由低水平協(xié)調(diào)共生階段向高水平耦合階段演化，提出了基于穩(wěn)定性理念的保障路徑以及可持續(xù)性發(fā)展的激勵(lì)路徑，以期為實(shí)現(xiàn)流域水源保護(hù)區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

贛江流域; 耦合模型; 水源保護(hù)區(qū); 城市發(fā)展; 水資源環(huán)境

隨著城鎮(zhèn)化與工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，高強(qiáng)度的土地利用開(kāi)發(fā)導(dǎo)致對(duì)水資源的需求在不斷增加，流域作為典型的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，是城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要組成部分。而流域上游的水源保護(hù)區(qū)是人類社會(huì)活動(dòng)相對(duì)活躍區(qū)域，由于水資源的自然流動(dòng)規(guī)律，其水資源環(huán)境質(zhì)量安全深刻影響流域中下游地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，如何識(shí)別和評(píng)價(jià)流域水源保護(hù)區(qū)內(nèi)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境之間的內(nèi)在關(guān)系，已受到相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注[1]。楊麗華等學(xué)者以松花江流域?yàn)槔?，從流域單元角度分析了研究區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系[2],夏霆等學(xué)者則以城市發(fā)展為視角探討了鎮(zhèn)江市社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境之間的協(xié)調(diào)程度[3]，盧杰等則以太湖水庫(kù)為例，提出了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境協(xié)調(diào)之間的內(nèi)在關(guān)系研究[4]。從已有研究?jī)?nèi)容來(lái)看，目前多數(shù)研究主要集中在流域大尺度和中小尺度范圍，對(duì)以中等尺度的流域單元研究則相對(duì)較少。而流域中等尺度研究，使該類型區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)更具針對(duì)性。有鑒于此，探討流域水源保護(hù)區(qū)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境內(nèi)在關(guān)系對(duì)促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

贛江上游作為鄱陽(yáng)湖流域重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū)，其水資源環(huán)境將直接影響流域中下游區(qū)域生態(tài)環(huán)境。其流域水土資源生態(tài)環(huán)境較脆弱，屬南方典型紅壤侵蝕丘陵地區(qū)，也是贛江流域的主要產(chǎn)沙區(qū)，多年平均輸沙量為6.59×102t，占贛江輸沙量的71.6%，上游4條支流平均輸沙模數(shù)大于1.4×102t/(km2·a)[5]，水土資源開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)易造成泥沙下泄、洪澇災(zāi)害增加，進(jìn)而嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。特別是隨著鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)[6]和贛南蘇區(qū)振興發(fā)展規(guī)劃的推進(jìn)[7]，贛江上游城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)已呈加快發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)城市發(fā)展與水資源環(huán)境兩者關(guān)系矛盾日益凸顯，如何優(yōu)化好城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境之間的關(guān)系已成為贛江上游流域乃至整個(gè)流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展亟待解決的重要課題。基于此，為能夠更好地解決上游經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間矛盾，本研究以贛江流域上游城市為對(duì)象，并通過(guò)構(gòu)建耦合模型，研究其2001—2011年城市發(fā)展與水資源環(huán)境內(nèi)在關(guān)系，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)贛江流域水源保護(hù)區(qū)城市發(fā)展與水資源環(huán)境協(xié)調(diào)耦合提供借鑒。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

贛江位于長(zhǎng)江中下游南岸，作為江西省境內(nèi)鄱陽(yáng)湖水系第一大河，流經(jīng)贛州、吉安、南昌等主要城市，最終匯入鄱陽(yáng)湖，其流域面積占全省國(guó)土面積的48%。同時(shí)，贛江流域也是鄱陽(yáng)湖流域水平衡、水質(zhì)量和水生態(tài)的保護(hù)區(qū)域，是實(shí)現(xiàn)和維護(hù)整個(gè)鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)發(fā)展的重要屏障[8]。贛江上游流域作為贛江流域源頭獨(dú)特的地理位置決定了該區(qū)域是鄱陽(yáng)湖流域中的水源涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)的核心區(qū)和重點(diǎn)區(qū)域，其可持續(xù)性是整個(gè)流域生態(tài)系統(tǒng)賴以存續(xù)的基礎(chǔ)，也是整個(gè)流域生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的前提條件。贛江上游作為流域水源地區(qū)，是江西省飲用水水源二級(jí)保護(hù)區(qū)和二類水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)區(qū)[8]。據(jù)山江湖工程[9]和江西水系[10]劃分，贛江上游流域包含1個(gè)市轄區(qū)，13個(gè)縣級(jí)及2個(gè)縣級(jí)市，區(qū)域人口密度215人/km2 [11]，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境矛盾日漸突出。隨著鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)和贛南蘇區(qū)振興規(guī)劃上升為國(guó)家戰(zhàn)略，既要突出生態(tài)環(huán)境建設(shè)重要性，又要促進(jìn)贛江水源區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，將城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合思想引入到生態(tài)屏障建設(shè)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，并在時(shí)間序列展現(xiàn)其變化，有助于建立區(qū)域綜合規(guī)劃，內(nèi)化流域源頭生態(tài)系統(tǒng)外部性。因而，在整個(gè)鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和贛南蘇區(qū)發(fā)展振興的框架內(nèi)，研究贛江源頭城市發(fā)展與水資源環(huán)境關(guān)系變化是實(shí)現(xiàn)區(qū)域發(fā)展的必然選擇。

1.2 研究方法

1.2.1 耦合度模型 耦合是物理學(xué)概念，指兩個(gè)(或兩個(gè)以上)體系或運(yùn)動(dòng)形式通過(guò)各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象。從協(xié)同學(xué)的角度來(lái)看，耦合作用及其協(xié)調(diào)程度決定了系統(tǒng)在達(dá)到臨界區(qū)域時(shí)走向何種序或結(jié)構(gòu)，即決定了系統(tǒng)由無(wú)序走向有序的趨勢(shì)，這種協(xié)同作用決定了系統(tǒng)相變的特征和規(guī)律，耦合度正是反映這種協(xié)同作用的度量[12]。借鑒耦合概念模型可以探索城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境質(zhì)量的內(nèi)在關(guān)系。然而，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源生態(tài)環(huán)境變化過(guò)程是一種非線性過(guò)程，其穩(wěn)定性取決于一次近似系統(tǒng)特征根的性質(zhì)。因此，城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合變化過(guò)程的一般函數(shù)方程如下：

F(c)=∑ajxj(i=1,2,3,…,n)

(1)

F(w)=∑bjxj(j=1,2,3,…,n)

(2)

式中：F(c)——經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)；F(w)——水環(huán)境系統(tǒng)；i，j——兩系統(tǒng)的元素；g，h——各元素的權(quán)重，由于兩者重要程度抑制，各取值0.5。同時(shí)，為進(jìn)一步確定城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境交互耦合的程度，引入耦合協(xié)調(diào)度模型:

T=gF(c)+hF(w)

(3)

(4)

(5)

式中：T——城市發(fā)展與水資源環(huán)境演變的綜合發(fā)展指數(shù)；C——城市發(fā)展與水資源環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)指數(shù)；D——耦合協(xié)調(diào)度，指城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與水環(huán)境系統(tǒng)相互耦合的程度，參考已有研究成果[2]，耦合協(xié)調(diào)度其取值范圍從0到1，如表1所示。

表1 城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展模型 由于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境之間存在相互脅迫關(guān)系，可將其作為一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)來(lái)考慮，F(xiàn)(c)和F(w)即為復(fù)合系統(tǒng)的主導(dǎo)部分。其系統(tǒng)的演化過(guò)程可以表示為：

(6)

(7)

式中：A，B——受自身與外來(lái)影響下城市經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和水資源環(huán)境子系統(tǒng)的演化狀態(tài)；VA，VB——兩系統(tǒng)在受自身和外界條件影響下的演化速度。

(8)

在式(8)的復(fù)合系統(tǒng)中，A與B相互影響，任何一個(gè)子系統(tǒng)的變化都將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的變化。系統(tǒng)演化速度V可看作是VA和VB的函數(shù)，即V=f(VA，VB)，這樣就可以將VA與VB作為控制變量，通過(guò)分析V的變化來(lái)研究整個(gè)系統(tǒng)以及兩個(gè)子系統(tǒng)間的協(xié)

調(diào)耦合關(guān)系。

即假定城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境的動(dòng)態(tài)關(guān)系呈周期性變化，可將VA和VB的演化軌跡投影在二維平面(VA，VB)中來(lái)分析V的變化過(guò)程，如圖1所示。

圖1 城市發(fā)展與水資源環(huán)境的耦合變化[13]

從圖1可知，VA與VB的夾角β可滿足tgβ=VA/VB，則β=arctg(VA/VB)，定義β為系統(tǒng)耦合度。在一個(gè)演化周期內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)將經(jīng)歷低級(jí)協(xié)調(diào)共生(Ⅰ)、協(xié)調(diào)發(fā)展(Ⅱ)、極限發(fā)展(Ⅲ)和螺旋式上升(Ⅳ)4個(gè)階段[13]，如表2所示。

表2 城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源耦合度變化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3 指標(biāo)體系構(gòu)建 城市發(fā)展與水資源環(huán)境協(xié)調(diào)性是指兩者之間以及系統(tǒng)組成要素之間在發(fā)展演化過(guò)程中彼此互動(dòng)關(guān)系與一致性趨勢(shì)程度，其指標(biāo)體系務(wù)必反映城市發(fā)展與水資源環(huán)境系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)組成相互作用。同時(shí)，由于城市發(fā)展與水資源環(huán)境質(zhì)量?jī)蓚€(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，研究在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)域自身的特點(diǎn)，構(gòu)建了城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與水資源環(huán)境系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中，城市發(fā)展系統(tǒng)基于經(jīng)濟(jì)規(guī)?！省?jīng)濟(jì)分析框架進(jìn)行選擇；此外，由于贛江水源保護(hù)區(qū)城市化建設(shè)具有明顯后發(fā)優(yōu)勢(shì)，但快速城市化建設(shè)使得水資源消耗與廢水排放環(huán)境問(wèn)題日益加重，因而水資源環(huán)境系統(tǒng)則以贛江城市發(fā)展過(guò)程中水資源環(huán)境壓力—狀態(tài)—響應(yīng)進(jìn)行整體衡量。

由于城市發(fā)展與水資源保護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算采用主客觀相結(jié)合的方法。其中，權(quán)重主觀計(jì)算方法采用層次分析法，其在處理系統(tǒng)復(fù)雜性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，基本原理是將城市發(fā)展與水資源協(xié)調(diào)目標(biāo)作為目標(biāo)層，將6項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)作為準(zhǔn)則層，并通過(guò)“目標(biāo)層—準(zhǔn)則層”以及“準(zhǔn)則層—指標(biāo)層”兩級(jí)判斷矩陣的構(gòu)造、矩陣標(biāo)準(zhǔn)化處理、一致性偏離度檢驗(yàn)等數(shù)學(xué)計(jì)算[14]；權(quán)重客觀法則采用熵權(quán)法，其原理是根據(jù)各指標(biāo)在競(jìng)爭(zhēng)意義上的激烈程度即指標(biāo)值在待評(píng)估樣本之間的差異性來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重[15]。在借鑒相關(guān)研究指標(biāo)[2-4]選擇和遵循數(shù)據(jù)代表性、可獲取性等原則基礎(chǔ)上，分別選取指標(biāo)表征，并通過(guò)咨詢城市管理與水資源管理專家的意見(jiàn)，認(rèn)為該指標(biāo)體系能夠有效地測(cè)度城市發(fā)展與水資源環(huán)境協(xié)調(diào)水平，對(duì)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均值，即為指標(biāo)權(quán)重。具體結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 贛江流域上游城市發(fā)展與水資源環(huán)境系統(tǒng)耦合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

注：社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《江西省統(tǒng)計(jì)年鑒2001—2011年》，水資源環(huán)境數(shù)據(jù)來(lái)源于《江西省環(huán)境統(tǒng)計(jì)資料2001—2011年》和《江西省環(huán)境質(zhì)量報(bào)告2001—2011年》。

2 計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 城市發(fā)展系統(tǒng)與水資源環(huán)境系統(tǒng)的變化水平

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化，可分別得出2001—2011年贛江上游城市發(fā)展系統(tǒng)與水資源環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)在變化水平。從圖2可以看出，研究區(qū)域城市發(fā)展指數(shù)與水環(huán)境指數(shù)整體呈上升趨勢(shì)。與2001年相比較，當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)指數(shù)增幅較快，主要是自2001年以來(lái)流域源頭城市因其獨(dú)特區(qū)位優(yōu)勢(shì)和資源后發(fā)優(yōu)勢(shì)影響，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度較快，對(duì)城市發(fā)展指數(shù)影響明顯。研究期間，城市發(fā)展指數(shù)與水環(huán)境指數(shù)差異值在逐漸減小，說(shuō)明研究期內(nèi)城市建設(shè)發(fā)展對(duì)水資源環(huán)境質(zhì)量影響在逐漸降低。究其原因，主要是下游地區(qū)的鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)屏障建設(shè)需求，促使上游城市通過(guò)劃定水源保護(hù)區(qū)以及加大水資源環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投入，以提高城市建設(shè)與水資源之間的耦合水平。

圖2 贛江上游城市系統(tǒng)與水資源環(huán)境系統(tǒng)演化趨勢(shì)

2.2城市發(fā)展系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度

通過(guò)計(jì)算可知，贛江流域上游城市發(fā)展綜合指數(shù)(T)、協(xié)調(diào)指數(shù)(C)和耦合協(xié)調(diào)度(D)均呈上升趨勢(shì)(圖3)。

(1) 從綜合發(fā)展指數(shù)變化趨勢(shì)來(lái)看，城市發(fā)展與水資源環(huán)境系統(tǒng)總體呈現(xiàn)逐步增加，但中間出現(xiàn)起伏波動(dòng)。其中，在2001—2003年，其平均綜合發(fā)展指數(shù)為0.350，但呈逐漸下降趨勢(shì)，說(shuō)明城市發(fā)展對(duì)水資源環(huán)境脅迫在逐漸增強(qiáng)；在2004—2007年，綜合發(fā)展指數(shù)平均值為0.410，較前一階段有緩慢提升，城市發(fā)展快于水資源環(huán)境投入，出現(xiàn)明顯滯后現(xiàn)象；在2008—2011年，其綜合平均值為0.530，較前期值有明顯變化，究其原因是贛江下游鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)屏障建設(shè)，使得上游水資源環(huán)境投入相應(yīng)增加，城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)與水資源環(huán)境較為同步所致。

(2) 從協(xié)調(diào)指數(shù)來(lái)看，2001—2006年，協(xié)調(diào)指數(shù)呈逐步上升趨勢(shì)，從0.266增加到0.474，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境投入同步發(fā)展所致；在2007—2011年，其數(shù)值為維持在0.5這個(gè)相對(duì)穩(wěn)定均值水平，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境保持了相對(duì)均衡的發(fā)展水平，而在2011年，協(xié)調(diào)指數(shù)出現(xiàn)大幅度降低。究其原因，是當(dāng)年該區(qū)域年降雨量不足，導(dǎo)致流域源頭地區(qū)水資源供給難以滿足城市建設(shè)需要，進(jìn)而出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

(3) 從耦合協(xié)調(diào)度來(lái)看，其數(shù)值范圍呈三階段的“階梯式”特征(圖4)，協(xié)調(diào)系數(shù)總體為逐漸遞增趨勢(shì)，但協(xié)調(diào)狀態(tài)的變化情況卻不盡相同，呈現(xiàn)出階梯式逐級(jí)增長(zhǎng)。根據(jù)協(xié)調(diào)系數(shù)變化過(guò)程。

第一階段為2001—2006年，為緩慢增長(zhǎng)期，其平均值為0.382，表明兩者處于較低協(xié)調(diào)水平的拮抗階段，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的區(qū)域差異較大，水資源環(huán)境區(qū)域差異較小，城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加速已對(duì)水資源環(huán)境造成輕微的影響；

第二階段為2007—2009年，為平穩(wěn)增長(zhǎng)期，其平均值為0.460，此時(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境處于較高層次拮抗階段，區(qū)域經(jīng)濟(jì)實(shí)力差異逐漸縮小，可以為水資源環(huán)境質(zhì)量提升與改善提供資金支撐，但由于水環(huán)境質(zhì)量的滯后型，區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量改善程度不同，因此水環(huán)境質(zhì)量的區(qū)域差異在擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)實(shí)力對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響顯現(xiàn)；

第三階段為2010—2011年，為快速增長(zhǎng)期，其平均值為0.595，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境差異突出顯示出更多的資金投入到環(huán)境質(zhì)量改善中，地區(qū)間經(jīng)濟(jì)差異的縮小帶來(lái)水環(huán)境環(huán)境質(zhì)量區(qū)域差異的縮小，兩者開(kāi)始進(jìn)入良性耦合階段，此時(shí)贛江流域在鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)需求下，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異在逐漸縮小，由磨合階段向高水平耦合階段的過(guò)渡將需要較長(zhǎng)時(shí)間。倘若磨合效果不佳，受到其他外在因素影響，很可能回到耦合磨合前的階段。另一方面，從整個(gè)研究期間協(xié)調(diào)系數(shù)變化幅度來(lái)看，2006—2007年和2009—2010年二個(gè)時(shí)期的變化系數(shù)最大，分別為0.065，0.176，說(shuō)明這兩個(gè)時(shí)期贛江水源保護(hù)區(qū)城市發(fā)展中水資源環(huán)境投入效果較為明顯；而2001—2002年變化系數(shù)僅為0.001，一定程度反映了該時(shí)期城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中對(duì)水資源基礎(chǔ)設(shè)施改善投入較為滯后的現(xiàn)狀。

圖3 贛江流域上游城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境耦合變化情況

2.3城市發(fā)展系統(tǒng)與水環(huán)境系統(tǒng)耦合度

將經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水環(huán)境質(zhì)量的兩條變化曲線分別擬合：

A=F(c,t)=0.0030x4-0.0064x3+0.0466x2-

0.0724x+0.0912 (R2=0.9791)

B=F(w,t)=-0.0002x5+0.0043x4-0.0437x3+

0.1968x2-0.4166x+0.9435 (R2=0.8165)

對(duì)兩者分別求導(dǎo)，可得：

0.1311x2+0.3936x-0.4166

表4 贛江流域上游城市發(fā)展與水資源環(huán)境協(xié)調(diào)值

結(jié)合耦合度協(xié)調(diào)模型與表4可以看出，在2001—2010年，贛江上游城市發(fā)展與水資源環(huán)境的協(xié)調(diào)值β一直處于[-90°，90°]，說(shuō)明城市發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)整體處于低協(xié)調(diào)共生與協(xié)調(diào)發(fā)展階段。城市發(fā)展已顯現(xiàn)出對(duì)水資源環(huán)境的脅迫影響，而水環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展約束和限制日漸突出，且小幅變化呈擴(kuò)大趨勢(shì)。

3 城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合優(yōu)化路徑選擇

城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合關(guān)系的最佳狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部要素達(dá)到良性共振耦合，趨向新的有序結(jié)構(gòu)和再生循環(huán)階段。即城市發(fā)展與水資源環(huán)境保護(hù)同步進(jìn)行，而在2001—2011年，贛江上游城市盡管實(shí)現(xiàn)了從拮抗到磨合的過(guò)渡，同時(shí)耦合度從低協(xié)調(diào)共生到協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，隨著上游社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，容易逐步向極限發(fā)展階段演化。城市發(fā)展與水資源耦合形勢(shì)總體較為樂(lè)觀。但隨著贛江流域下游地區(qū)鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)以及贛南地區(qū)城市化與工業(yè)化進(jìn)程加快，這些城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的推進(jìn)需要以水資源保障為依托。在城鎮(zhèn)化建設(shè)對(duì)資源環(huán)境帶來(lái)脅迫同時(shí)，資源有限性本身也將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約因素。從表2和表4結(jié)果可知，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境耦合狀態(tài)出現(xiàn)起伏波動(dòng)，出現(xiàn)穩(wěn)定性不足與持續(xù)性乏力現(xiàn)象。因此需要從穩(wěn)定性與持續(xù)性兩方面進(jìn)行政策優(yōu)化：一方面，通過(guò)從水權(quán)構(gòu)建和水資源綜合規(guī)劃提高耦合狀態(tài)的穩(wěn)定性；另一方面，同時(shí)從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和生態(tài)旅游開(kāi)發(fā)等增加激勵(lì)機(jī)制，以保障城市發(fā)展與水資源環(huán)境最佳耦合狀態(tài)的持續(xù)性，如圖4所示。

3.1 基于穩(wěn)定性理念的保障路徑選擇

(1) 制定流域水源保護(hù)功能區(qū)綜合規(guī)劃，提高城市建設(shè)與水資源開(kāi)發(fā)利用的有序性。由于流域水源保護(hù)區(qū)的工業(yè)廢水、生活廢水與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間存在負(fù)相關(guān)而抑制了城市經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，針對(duì)贛江流域存在的水資源空間規(guī)劃布置問(wèn)題。一是在調(diào)查與評(píng)價(jià)流域水資源空間分布，確定水資源的數(shù)量、質(zhì)量與空間分布，確定流域水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)流域水資源開(kāi)發(fā)利用、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)；二是制定水資源功能空間規(guī)劃，確定流域水源保護(hù)區(qū)內(nèi)在利用分布，劃定流域水資源保護(hù)禁止區(qū)、一般開(kāi)發(fā)區(qū)及重點(diǎn)建設(shè)區(qū)，真正實(shí)現(xiàn)整個(gè)流域內(nèi)在區(qū)域之間、用水目標(biāo)之間、用水部門(mén)之間進(jìn)行水資源的合理配置，處理好生活、生產(chǎn)與生態(tài)用水之間的關(guān)系，進(jìn)而統(tǒng)籌保障流域水源保護(hù)區(qū)開(kāi)發(fā)利用的有序性和整體性，以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)需要。

(2) 加強(qiáng)污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高流域點(diǎn)源與非點(diǎn)源污水治理水平。對(duì)于贛江流域水源地區(qū)，一方面加強(qiáng)農(nóng)村生產(chǎn)生活廢棄物排放管理。應(yīng)控制農(nóng)田農(nóng)藥化肥施用量，積極采取措施推廣使用綠色農(nóng)藥化肥,以減少入庫(kù)總氮負(fù)荷，改善流域源頭，污水收集設(shè)施和處理工藝選擇，解決農(nóng)村污水排放分散等問(wèn)題。同時(shí)建立農(nóng)村固體廢棄物處理設(shè)施，集中處理固體廢棄物。另一方面，增加流域源頭地區(qū)城鎮(zhèn)生產(chǎn)生活廢水處理水平。促進(jìn)城鎮(zhèn)居民生活廢水排放達(dá)標(biāo)率，加大工業(yè)點(diǎn)源達(dá)標(biāo)治理，減少高能耗和高污染的生產(chǎn)落后工藝向農(nóng)村轉(zhuǎn)移所帶來(lái)的污染。

3.2 基于可持續(xù)性發(fā)展理念的激勵(lì)路徑選擇

(1) 引入流域水權(quán)交易制度，構(gòu)建流域水資源生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。近年來(lái)，贛江中下游的鄱陽(yáng)湖流域資源型缺水和水質(zhì)型缺水是造成城市用水緊張的主要原因，為了保證城市供水的水質(zhì)要求,劃分水源保護(hù)區(qū)是行之有效的措施，但因水資源保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境和水質(zhì)的外部性特征，使得流域中下游地區(qū)成為贛江水源保護(hù)的受益者。因而，通過(guò)恰當(dāng)?shù)乃畽?quán)交易制度對(duì)流域水源區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償是必不可少的。即以水權(quán)模式，將流域水資源生態(tài)環(huán)境補(bǔ)償費(fèi)通過(guò)水權(quán)交易形式確定，由贛江流域中下游地區(qū)向源頭地區(qū)購(gòu)買(mǎi)優(yōu)質(zhì)水資源，其具體費(fèi)用包括控制生態(tài)破壞、環(huán)境惡化以及遏制水資源衰竭的生態(tài)環(huán)境損失價(jià)值和污染價(jià)值。首先，將生態(tài)環(huán)境補(bǔ)償作為流域水源保護(hù)區(qū)激勵(lì)措施，由生產(chǎn)者和消費(fèi)者的決策以環(huán)境費(fèi)用的形式體現(xiàn)出來(lái)。如由用水地區(qū)從財(cái)政收入中設(shè)立專項(xiàng)補(bǔ)償資金，用于保護(hù)區(qū)人民發(fā)展生產(chǎn)及改善生存條件；二是由用水地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)與保護(hù)區(qū)有關(guān)鄉(xiāng)鎮(zhèn)組織成立發(fā)展共同體，依托經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)與資源優(yōu)勢(shì),發(fā)展技術(shù)含量高、附加值高且無(wú)污染工業(yè)項(xiàng)目，以達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、共同發(fā)展的目的；三是適當(dāng)提高水資源費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，將增收部分列為保護(hù)區(qū)發(fā)展基金，?？顚Ｓ靡源龠M(jìn)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[14]。

(2) 推動(dòng)生態(tài)移民與生態(tài)旅游業(yè)發(fā)展，提高當(dāng)?shù)鼐用裆钏?。流域水資源生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)不僅需要政府的支持與投入，還需要來(lái)自當(dāng)?shù)鼐用竦闹С?。作為流域水源保護(hù)區(qū)重要的行為主體，激勵(lì)其行為積極性是實(shí)現(xiàn)資源保護(hù)的重要組成部分。一是實(shí)行生源保護(hù)區(qū)的生態(tài)移民政策。對(duì)處于水源保護(hù)核心區(qū)域的居民，實(shí)行有序的生態(tài)移民政策，降低該區(qū)域的人類開(kāi)采活動(dòng)，降低由于人類活動(dòng)而區(qū)域資源環(huán)境產(chǎn)生的分散、隱蔽、隨機(jī)和發(fā)生不確定性影響，建立“源—流—匯”的逐級(jí)防控技術(shù)體系[10]；其次，利用當(dāng)?shù)丶t色文化歷史，發(fā)展綠色旅游產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)共同發(fā)展。贛南中央蘇區(qū)作為中國(guó)重要的革命圣地，有著豐富的旅游資源，同時(shí)也有著美麗的綠色旅游資源，結(jié)合紅色文化與綠色環(huán)境設(shè)計(jì)出獨(dú)具特色的生態(tài)旅游路線，通過(guò)觀光旅游帶動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及提高居民生活收入來(lái)源，進(jìn)而通過(guò)激勵(lì)模式，促進(jìn)流域水源保護(hù)區(qū)城市發(fā)展與水資源環(huán)境建設(shè)。

圖4 贛江流域城市發(fā)展與水源環(huán)境同步耦合優(yōu)化路徑

4 結(jié) 論

本研究以贛江流域源頭地區(qū)為對(duì)象，構(gòu)建了城市發(fā)展與水資源環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并利用耦合模型對(duì)其耦合狀況進(jìn)行了分析，重點(diǎn)結(jié)合城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合變化特點(diǎn)，提出了促進(jìn)兩者關(guān)系的耦合優(yōu)化路徑。主要結(jié)論包括：(1) 城市發(fā)展與水資源環(huán)境指數(shù)在時(shí)間序列上呈基本同步上升的趨勢(shì)，且兩者系統(tǒng)發(fā)展呈現(xiàn)從低協(xié)調(diào)共生到協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，短時(shí)期內(nèi)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展并未對(duì)水資源環(huán)境造成較大脅迫影響；(2) 城市發(fā)展與水資源環(huán)境系統(tǒng)呈交互耦合狀態(tài)具有復(fù)雜性、非線性和時(shí)變性特點(diǎn)，耦合度從2001年的0.312增加到2011年0.503；整體上經(jīng)歷了拮抗時(shí)期和磨合兩個(gè)階段，協(xié)調(diào)狀態(tài)處于[-90°，90°]之間，兩系統(tǒng)發(fā)展呈現(xiàn)從低協(xié)調(diào)共生到協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；(3) 提高區(qū)域建設(shè)穩(wěn)定性和激勵(lì)行為人持續(xù)性形成的內(nèi)生和外在動(dòng)力是促進(jìn)城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合的有效路徑。其中，以穩(wěn)定性理念為核心的水資源綜合規(guī)劃與城市污染控制是保障城市發(fā)展與水資源環(huán)境保護(hù)的內(nèi)生驅(qū)動(dòng)，而以可持續(xù)性為核心的水權(quán)交易與生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)政策是激勵(lì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的外在動(dòng)力。

當(dāng)前贛江流域城市發(fā)展與水資源環(huán)境耦合狀態(tài)還處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段，盡管水環(huán)境管理略滯后于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但由于水資源具有資源開(kāi)發(fā)技術(shù)和管理理念等后發(fā)優(yōu)勢(shì)，使得城市發(fā)展系統(tǒng)與水資源環(huán)境系統(tǒng)耦合水平還有極大的提升空間。值得注意的是，城市發(fā)展與水資源環(huán)境協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)指標(biāo)選取是研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)，特別是在現(xiàn)實(shí)生活中，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水環(huán)境的交互作用不僅僅取決于城市自身的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，還與其內(nèi)部的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及贛江流域上中下游的城市之間聯(lián)系等因素有關(guān)，這些將對(duì)協(xié)調(diào)指標(biāo)體系結(jié)果產(chǎn)生影響，因而未來(lái)研究中還需加以完善。

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StudyontheRelationshipBetweentheUrbanDevelopmentandtheEnvironmentofWaterResourcesinGanjiangRiverBasedonCouplingModel

Lü Tian-gui, WU Ci-fang, LI Guan, SHEN Xiao-qiang

(CollegeofPublicAdministration,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China)

The identification and evaluation of coupling states between urban development and water resources environment is the key to development of the regional ecological environment in water protection areas. In this paper, the water resources protection area of Ganjiang River was taken as an example. The method of coupling degree model was employed to evaluate and identify the states between the urban development and water resources environment from 2001 to 2011, and also the corresponding strategy was put forward based on what were mentioned above. The results indicate that:(1) it is synchronized rise between urban development and water resources conservation in Ganjiang River in recent 10 years, which is at the state of coordination;(2) the urban development and water resources environment system are presenting the interactive coupling state and with volatility development trend, and also from the overall experience antagonistic state to running stage; (3) the coupling degree significantly changes from the low coordination to coordinated development in the study period, which has obvious advantage of backwardness. Furthermore, the incentive and sustainable measures were put forward to promote the regional development, which is beneficial to achieving the low level to the high level coordination symbiotic evolution stages or coupled stage. According to the results mentioned above, the references for realizing the sustainable development in Ganjiang River can be also provided.

Gan River basin; coupling model; water source protection areas; urban development; water resources environment

2014-03-09

：2014-03-29

國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金重大項(xiàng)目(14ZDA039);國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(13AZD012)

呂添貴(1986—),男,福建龍巖人,博士研究生,主要從事土地規(guī)劃與生態(tài)利用研究。E-mail:lvtiangui@163.com

吳次芳(1954—),男,浙江泰順人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事土地管理與規(guī)劃研究。E-mail:wucifang@zju.edu.cn

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：A

：1005-3409(2014)06-0271-07